Ученые Калифорнийского университета в Беркли и Национальной лаборатории им. Лоуренса Беркли создали солнечные элементы из перовскитов с пиковым КПД в 26%.

«Мы установили рекорд сразу по нескольким параметрам перовскитовых солнечных элементов, включая производительность, — сказал руководитель исследования профессор Алекс Цеттл. — Их производительность выше, чем у других перовскитовых элементов — 21,7% — феноменальное число, если учесть, что мы только начинаем оптимизировать их». При этом на пике эффективность новых солнечных элементов достигает 26%.

КПД этих устройств превосходит и поликристаллические кремниевые элементы, которые вырабатывают электричество в большинстве электронных устройств, а также домах. Даже самые чистые кремниевые солнечные элементы, весьма дорогие в производстве, имеют предельную пиковую производительность примерно в 25%, и не могут превзойти ее уже лет десять.

Прорыв произошел благодаря сочетанию двух перовскитовых материалов, каждый из которых впитывает разные длины волн солнечного света, так что получившийся «ступенчатый» элемент поглощает практически весь спектр видимого света. Прошлые попытки соединить два перовскитовых материала окончились неудачей, потому что они снижали производительность друг друга.

Связующим звеном между двумя материалами стал слой гексагонального нитрида бора, а сами перовскиты состояли из органических молекул метила и аммиака, но в одном были также олово и йод, а в другом — свинец и йод с примесями брома. Первый слой предназначался для света с энергией в 1 электронвольт, а второй впитывал фотоны с энергией 2 эВ.

Этот сэндвич ученые покрыли графеновым аэрогелем, который помогает стабилизировать транспорт зарядов через солнечный элемент и отталкивает вредную для перовскитов влагу. Снизу эта конструкция соединяется с золотым электродом, а сверху — со слоем нитрида галлия, который собирает выработанные элементом электроны. Активный слой такой солнечной ячейки получается в толщину около 400 нанометров, пишет Phys.org.

«Эти новые материалы можно изготавливать как рулоны, массово. Это почти так же просто, как красить аэрозолью», — говорит профессор Цеттл.

Ученые той же лаборатории Лоуренса Беркли нашли теоретический способ значительно повысить эффективность перовскитовых солнечных элементов, использовав неровности рельефа этого минерала. Такой метод может поднять производительность перовскитов до 31%.